26. Энтропия как характеристика неупорядочности системы. Макросостояние. Микросостояние. Термодинамическая вероятность. Формула Больцмана.

Согласно молекулярно – кинетической теории энтропию можно охарактеризовать как меру неупорядочности частиц в системе. неупорядочности системы количественно характеризуется термодинамической вероятностью Wтер.

W тер – называют число способов размещения частиц или число микросостояний реализующих данное макросостояние.

Для характеристики возьмем 4 частицы находящиеся в объеме мысленно разделенным на 2 ячейки. Частицы могут свободно в нем перемещаться. Состояние системы определяемое числом частиц в 1 и 2 ячейках – макросостояние,, состояние системы определяемое конкретными частицами находящиеся в каждой ячейки – микросостоянием.

Равномерному распределению частиц по ячейкам соответствует Wтер. Но также равномерному распределению частиц отвечает равновесное состояние с наибольшей энтропией. Система предоставленная сама себе стремится к микросостояниям. Например если газ равномеоно расширяется то его молекулы равномерно распределяются по объему.

Больцман установил что энтропия линейно связанна с Ln Wтер

S = kLn Wтер+ const где k постоянная Больцмана.

28. Распределение Больцмана

Это распределение частиц по потенциальной энергии в силовых полях (гравитационном,

электрическом)

n= ne в степени -mgh / kT

это выражение справедливо для идеального газа. Применительно к гравитационному полю, где h-высота над землёй, m˳gh- потенциальная энергия. Т- термодинамическая температура k-постоянная Больцмана. Такое распределение молекул в поле тяготения Земли можно объяснить тем, что на молекулы оказывают влияние 2 противоположных фактора: гравитационное поле и молекулярно-хаотическое движение, стремящееся разбросать молекулы по всему возможному объёму. Есть некоторое сходство с распределением Максвелла в экспоненциальных членах. В распределении Максвелла в показатели степени отношение кинетической энергии молекулы к kT ; во втором отношение потенциальной энергии к kT .

29.Диффузия. Эмпирическое уравнение диффузии. Закон Фика Самодиффузия в газах. Взаимная диффузия. Диффузия в жидкостях.

Диффузия относится к явлениям переноса. Явления переноса объединяют группу процессов, связанных с неоднородностями плотности, температуры или скорости упорядоченного перемещения отдельных слоёв в-ва. К явлениям переноса относится диффузия внутреннее трение и теплопроводность. Способность мембран пропускать или не пропускать молекулы или ионы- явление переноса. Диффузия- перенос массы в-ва.

Уравнение Фика- уравнение диффузии:

J= -D dn /dx

D- коэффициент диффузии; J-поток частиц

Это количество частиц, прошедших в единицу времени через поверхность.

D- пропорционален средней скорости движения и зависит от подвижности частиц и от t

D=⅓ <υ > <ג>

<ג> -средняя длина свободного пробега

<υ >-средняя арифметическая скорость теплового движения молекул

30.Заряд. Взаимодействие зарядов. Закон Кулона. Электрическое поле. Напряжённость и потенциал поля.

Электрический заряд любой системы тел состоит из элементарных зарядов. Наименьшей частицей, имеющей отрицательный заряд, является электрон. Закон Кулона описывает взаимодействие зарядов, находящихся в покое и устанавливает зависимость силы взаимодействия 2-х точечных зарядов от их величин q1 и q2

Электрический заряд создаёт электрическое поле. Электрическое поле – разновидность материи, посредством которого осуществляется силовое воздействие на электрические заряды, которые находятся в этом поле. Силовой характеристикой эл.поля является напржённость, которая равна отношению силы, действующей на заряд к этому заряду

Энергетической характеристикой эл. поля является потенциал. Работа сил поля не зависит от траектории по которой перемещается заряд, а определяется начальной конечной точками.

31.Электрический диполь. Электрическое поле диполя. Диполь во внешнем электрическом поле.

Диполь - двухатомная молекула, состоящая из атомов различных элементов и обладающая несимметричным распределением эл.плотности. Представляет собой электронейтральную систему. Эту систему можно рассматривать как совокупность 2-х точечных зарядов q и –q.

Момент диполя:

p=q*l

Тело электрически нейтрально ,т. е. его полный заряд Q=0. Оно совсем не создаёт эл.поля. Оно обладает дипольным моментом и вызывает появление индуцированного зарядов.

Напряжённость эл.поля диполя в произвольной точке:

Где Е – напряжённость полей зарядов q+ и q-

32.Проводники в эл.поле. Электроёмкость. Плоский конденстор.

Проводники - в-ва, которые проводят эл. ток. К проводникам относятся электролиты ( соли ). Если поместить проводник в эл. поле, то внутри проводника эл. поле=0. Эл. свойства проводников определяются поведением электронов проводимости во внешнем эл. поле. Если металлический проводник внесён во внешнее эл. поле,то под действием этого поля электроны перераспределяются и компенсируют внешнее поле.

Электроёмкость показывает, насколько нужно увеличить заряд проводника, чтобы его потенциал увеличился на единицу.

Конденсатор – система из 2-х проводников, равномерно заряженных противоположными по знаку зарядами. Форма и расположение проводников таковы, что создаваемое эл. поле локализовано в ограниченной области пространства. Ёмкость плоского конденсатора состоит из 2-х параллельно расположенных металлических пластин, площадью S каждая, расположенных на расстоянии d :

ε—относительная диэлектрическая проницаемость среды, заполняющая пространство между пластинками.

33.Электрический ток. Природа эл. тока. Сила тока. Разность потенциалов. Напряжение. Сопротивление. Закон Ома. Плотность тока. Удельное сопротивление и удельная проводимость. ЭДС.

Эл. ток - направленное движение заряженных частиц. Характерная особенность эл. поля – действие на эл.заряд с силой, которая не зависит от скорости движения заряда. Основной количественной характеристикой эл. поля является вектор напряжённости эл. поля, который является его силовой характеристикой

Е= F /q

Разность потенциалов 2-х точек, равноудалённых от диполя --- источник поля.

Сила тока --- величина, которая показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени.

Разность потенциалов. При контакте 2-х металлов с разными работами происходит переход электронов из металла с меньшей работой в металл с большей работой. Металлы заряжены разноимённо и в состоянии термодинамического равновесия имеется разность потенциалов. ( дельта φ=φ1 –φ2 )

Напряжение – физическая величина численно равная работе , совершённой результирующим полем сил при перемещении вдоль цепи из 1 точки в другую единичного положительного заряда.

Закон Ома: произведение силы тока на сопротивление участка в цепи равно напряжению в этом участке. IR=U

Плотность тока одинакова по всему сечению проводника. Вектор плотности j направлен противоположно направлению движения электронов. I=jS

ЭДС (ε) – электродвижущая сила численно равна работе, совершаемой силами на перемещение по проводнику единичного положительного заряда из одной точки в другую.

Для плотности тока закон Ома: j=ɤE=1 ̸ ρ ɤ - удельная электрическая проводимость среды; 1 ̸ ρ – удельное электрическое сопротивление среды.

34.Перенос молекул и ионов через мембрану. Уравнение Фика и его выражение для мембраны. Электродиффузия . Уравнение Нернста- Планка. Пассивный транспорт и его основные виды. Понятие об активном транспорте.

Важным элементом функционирования мембран является их способность пропускать или не пропускать молекулы , атомы. Явление переноса включает диффузию( перенос массы в-ва) , вязкость( перенос импульса), теплопроводность(перенос энергии), электропроводность.

Уравнение Фика: J= -D dρ/ dx

D- коэффициент диффузии; J-поток частиц; Знак минус показывает, что суммарная плотность потока в-ва при диффузии направлена в сторону уменьшения плотности.

Применительно к биологической мембране будем считать, что концентрация частиц, диффундирующих через мембрану, изменяется в мембране по линейному закону. Молярные концентрации частиц внутри и вне клетки равны и . Молярная концентрация этих же частиц в мембране изменяется от внутренней к наружной её части соответственно от до тогда имеем уравнение: Jl= -D ( - )=D( - ).

Уравнение Нернста-Планка;

Пассивный транспорт – диффузия молекул и ионов в направлении их меньшей концентрации, перемещение ионов в соответствии с направлением силы, действующей на них со стороны эл. поля. Пассивный транспорт не связан с затратами энергии. Включает: 1.простую диффузию( подчиняется уравнению Фика ; обеспечивает прохождение кислорода и углекислого газа) Протекает медленно и не может обеспечить клетку в нужном количестве питательными в-ми. Поэтому существуют другие виды диффузии.

2. диффузию через поры называют облегчённой диффузией. Пора допускает проникновение более крупных молекул

3. перенос ионов специальными молекулами- переносчиками, при этом переносчик может быть неподвижным.

Наряду с пассивным транспортом в мембранах клетки происходит перенос молекул в область большей концентрации, а ионов – против силы., действующей на них со стороны эл.поля. Это называется активный транспорт.